УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2007, том 127, № 3, с. 243-256
УДК 611018.53
МЕХАНИЗМЫ АКТИВАЦИИ МАКРОФАГОВ
© 2007 г. Н. К. Зенков1, Е. Б. Меньщикова1, В. А. Шкурупий1' 2
1 Научный центр клинической и экспериментальной медицины СО РАМН, Новосибирск 2 Новосибирский государственный медицинский университет
Рассмотрены основные пути и критерии активации макрофагов под действием цитокинов, бактериальных липополисахаридов и глюкокортикоидов. Проанализировано участие факторов транскрипции ]МР-кВ, АР-1, STAT6 и ядерных рецепторов в регуляции экспрессии генов, отвечающих на активирующие воздействия. Проведен анализ экспериментальных данных, иллюстрирующих механизмы классического и альтернативного путей активации макрофагов при различных патологических процессах.
ВВЕДЕНИЕ
Макрофаги и моноциты являются полипо-тентными клетками, по способности изменять функциональные показатели мононуклеарные фагоциты можно смело поставить на второе место вслед за стволовыми клетками. Выходящие из костного мозга в кровоток моноциты создают обширную гетерогенную популяцию клеток разной степени дифференцированности [6]. Попадая в ткани, моноциты приобретают черты, обусловленные средой обитания, трансформируясь в ор-гано- и тканеспецифические макрофаги [102]. В свою очередь в тканях под действием цитокинов, гормонов или факторов экзогенного происхождения макрофаги значительно изменяют свое функциональное состояние посредством прими-рования, активации или деактивации [70, 81]. Так, например, захватив большие количества модифицированных липопротеинов в области атероскле-ротической бляшки, макрофаг может трансформироваться в пенистую клетку [41]. Однако наиболее впечатляющие видоизменения этих клеток можно увидеть в области гранулематозного воспаления, где макрофаги из агрессивных охотников за микробами могут превратиться в инертные по ряду функциональных показателей эпителио-идные клетки, в гигантские многоядерные клетки и, возможно, в дендритные клетки [6, 25, 102].
Высокая морфофункциональная гетерогенность мононуклеарных фагоцитов значительно осложняет выявление взаимосвязи их состояния с определенными этапами и особенностями течения, в частности, воспалительного процесса, в котором они, несомненно, играют ключевую роль [7]. Это также касается персистенции внутриклеточных микроорганизмов, в частности Mycobacterium tuberculosis или M. avium, возможность реализации которой во многом зависит как от функционального состояния макрофагов хозяина, так и от биологических свойств микроорганизма [3].
Сложность и неясность механизмов трансформаций макрофагов заставляет исследователей идти на определенные упрощения и из всей многогранности и многоликости свойств мононуклеарных фагоцитов вычленять какие-то главные элементы, которые можно было бы связать с течением конкретного патологического процесса. Сегодня признается существование, по крайней мере, трех разных механизмов изменения функционального состояния макрофагов в результате воздействия цитокинов, гормонов и микроорганизмов: классический и альтернативный пути активации, а также процесс супрессии (деактивации) [70, 77, 81]. Активированные иммунными комплексами макрофаги (так называемый тип активации II, стимулирующий продукцию ТЪ2-подобных Т-лимфоцитов) часто объединяют с клетками, активированными по альтернативному пути, так как они снижают синтез провоспалительных цитокинов [34].
КЛАССИЧЕСКИЙ И АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ПУТИ АКТИВАЦИИ МАКРОФАГОВ
Активация макрофагов (классический путь) и их способность изменять свою микробицидную активность под действием бактериальных антигенов и факторов гуморального иммунитета была показана в 60-х годах прошлого столетия при изучении повышенной резистентности мышей к инфицированию одними внутриклеточными микробами (Listeria monocytogenes, Brucella abortus, M. tuberculosis) после их предварительной иммунизации другими [72]. Взаимодействие с бактериями или низкими концентрациями бактериальных липополисахаридов (ЛПС) и пептидоглика-нов активирует макрофаги и повышает их микробицидный потенциал. Аналогичное действие оказывают цитокины 1 типа: интерферон-у, фактор некроза опухолей-а (ФНО-а), интерлей-кин-1в (ИЛ-ф), гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ),
ИЛ-12, ИЛ-18, ИЛ-23, которые активируют макрофаги и переводят их в так называемое состояние М1 [45, 70, 77]. Классическими активаторами считаются интерферон-у и ФНО-а, при этом процесс носит дискретный характер, т.е. интерферон-у примирует макрофаги, а ФНО-а уже активирует их [81]. Эффект ИЛ-12, ИЛ-18 и ИЛ-23 на макрофаги может быть опосредован усилением синтеза интерферона-у. В результате перехода макрофагов в активное состояние М1 изменяется экспрессия около 25% определяемых генов. При классической активации значительно повышается микробицидный потенциал макрофагов за счет усиления продукции ими активных форм
кислорода и азота (О- и N0 ), которые, как известно, на 90% определяют цитотоксическое действие фагоцитирующих клеток [7, 8].
Концепция альтернативной активации макрофагов предложена в 1992 г. с целью показать фе-нотипические отличия макрофагов, полученных при активирующем действии ИЛ-4 и деактивиру-ющем действии ИЛ-10 [100]. Первоначально действие Т-хелперных цитокинов 2 типа на макрофаги при аллергических и паразитарных инфекциях рассматривали как деактивирующее, аналогично действию ИЛ-10 и глюкокортикоидов. Однако исследования на макрофагальных культурах ясно показали, что цитокины 2 типа, такие как ИЛ-4 и ИЛ-13, активируют макрофаги и переводят их в состояние М2, отличное от состояния М1 по характеру рецепторного аппарата, метаболическим и секреторным параметрам [41, 81]. Такой переход получил название альтернативной активации, при этом трансформацию моноцитарных клеток в состояния М1 или М2 иногда называют поляризацией [74, 77]. При альтернативной активации макрофаги проявляют повышенную эндоцитар-ную и фагоцитарную способность, однако микро-бицидная функция таких клеток во многих случаях снижена. Ряд других цитокинов 2 типа, в частности ИЛ-5, ИЛ-21 и ИЛ-25, могут либо прямо, либо опосредованно (через усиление синтеза ИЛ-4 и ИЛ-13) индуцировать альтернативную активацию макрофагов [41, 88, 93]. Геномный микроанализ позволил идентифицировать 4215 генов (32% анализируемых генов), экспрессия которых изменялась после 24-часовой инкубации перито-неальных макрофагов мыши с ИЛ-4 [107].
Сегодня нет достаточно четких критериев состояний активации и деактивации макрофагов. Культивирование в течение 3-4 дней человеческих моноцитов или мышиных макрофагов в течение суток с разными цитокинами вызывает характерные морфологические изменения и экспрессию специфических рецепторов на клеточных мембранах, последующее культивирование с другими цитокинами приводит к изменению морфофункциональных показателей [91,
101]. Эти результаты позволяют утверждать, что активация макрофагов является обратимым процессом, и клетки из состояния М1 могут переходить в состояние М2. При совместном культивировании человеческих моноцитов с интерфероном-у или ЛПС и глюкокортикоидами примирующий эффект интерферона-у и ЛПС более выражен по сравнению с деактивирующим действием глюкокортикоидов [103]. Сходство действия глюкокортикоидов и ИЛ-4 по многим показателям, в том
числе по ингибированию продукции NO [15], позволяет считать, что глюкокортикоиды вызывают альтернативную активацию макрофагов [81]. В то же время анализ синтеза компонентов внеклеточного матрикса, металлопротеиназ, а также фагоцитарной активности макрофагов человека под действием ИЛ-4 и дексаметазона показывает, что данные соединения действуют во многом антагонистично [42]. Это означает, что активированные состояния макрофагов, полученные под действием ИЛ-4 и глюкокортикоидов, принципиально различаются. Комплексы иммуноглобулина G, действующие через рецепторы TLR (Toll-like receptor), индуцируют синтез ИЛ-10, который может как активировать моно-нуклеарные фагоциты по альтернативному [42] или II типу [81], так и деактивировать [70]. Таким образом, понятия примирования, активации и деактивации макрофагов достаточно условны, поэтому эффект многих воздействий, особенно in vivo, может быть отнесен к разным явлениям.
Классический и альтернативный пути активации макрофагов различаются большим числом индуцированных и супрессированных в связи с этим состоянием генов. Функции многих белков, кодируемых этими генами, сегодня не ясны. Классический путь активации сопряжен со снижением количества маннозных рецепторов, которые служат для связывания концевых остатков маннозы и фукозы гликопротеинов и гликолипи-дов микробных мембран [81]. При альтернативном пути активации, напротив, количество маннозных рецепторов возрастает, повышается также содержание скэвинджер-рецепторов классов А и В, которые служат для связывания модифицированных липопротеинов (табл. 1). В человеческих макрофагах, полученных культивированием моноцитов, интерферон-у ингибировал экспрессию скэвинджер-рецепторов класса А и препятствовал формированию пенистых клеток [38]. Вместе с тем интерферон-у повышал экспрессию рецепторов для нативных липопротеинов низкой плотности, в то время как TGF-в снижал [29].
Трансмембранный гликопротеин CD36 с молекулярной массой 88 кДа является скэвинджер-ре-цептором класса В и связывает тромбоспондин 1, коллаген, окисленные липопротеины низкой плотности, а также подвергшиеся апоптозу ней-
Таблица 1. Характерные признаки субпопуляций макрофагов, активированных по классическому или альтернативному пути [74, 81]
Класс соединений Классический путь Альтернативный путь
Активаторы Интерферон-у, ФНО-а, ЛПС ИЛ-4, ИЛ-13
Клеточные рецепторы i Маннозные рецепторы Т Маннозные рецепторы
i Скэвинджер-рецептор класса А Т Скэвинджер-рецепторы класса А
Т CD80, CD86 Т Скэвинджер-рецепторы класса В
Т CD14
Т Дектин-1
Цитокины и хемокины Т ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-12, ФНО-а Т ИЛ-10, РАИЛ-1
Т IP-10, М1Р-1а, MCP-1 Т AMAC-1
Ферменты Т Индуцибельная NO-синтаза Т Аргиназа 1
i Аргиназа 1 Т 12,15-Липоксигеназа
i 12,15-Липоксигеназа
Примечание: Т - возрастание количества, i - сниже
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.